大米色选机视觉系统实验研究

论文摘要

色选机是一种集光、机、电于一体的复杂系统,对色选机的研究涉及到多个领域。本文主要对一种大米色选机的视觉部分进行了研究,将高速线阵CCD与现场可编程门阵列（FPGA）技术应用于大米色选机视觉系统设计中,充分利用了线阵CCD高分辨率和现场可编程门阵列的高度并行性、高速信号处理能力,旨在提高大米色选视觉系统判别异色点的精度、准确率和实时处理能力,提升大米色选机系统性能。本文设计了一种基于高速线阵CCD的图像采集电路的系统结构,CCD的输出速率最高可达40M个像素/秒,将其用于获取被选大米图像;还介绍了基于FPGA的CCD驱动电路的设计方法,设计出实验中所需的CCD驱动时序;经验证该电路能使CCD IL-P3-B正常工作,具有稳定性好、易于更新的特点。本文还介绍了一种大米色选算法,提出了一种实现该算法的硬件结构。阐述了实现该算法主要功能模块的硬件设计方案,在Matlab/Simulink中分别设计了各功能模块的电路,利用IspLeverDSP将电路转换成VHDL程序,并在Lattice ECP2系列FPGA开发板上对程序进行了验证。文中还对实现大米色选主要功能的电路分别在Matlab和Modelsim中进行了仿真,仿真结果证明电路性能稳定、能实现预期的功能,为高性能大米色选机的研制奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 机器视觉系统概述
• 1.2 机器视觉在农业生产中的应用
• 1.3 大米色选的研究背景
• 1.4 本课题的研究意义及内容
• 1.4.1 课题的研究意义
• 1.4.2 课题的研究内容
• 第2章 大米色选视觉系统的预备研究
• 2.1 CCD在色选中的应用
• 2.1.1 基于高速线阵CCD的数据采集系统结构
• 2.1.2 CCD芯片的选择
• 2.2 IL-P3-B CCD的驱动时序设计
• 2.2.1 IL-P3-B简介
• 2.2.2 IL-P3-B的工作原理
• 2.2.3 基于FPGA的驱动时序电路设计
• 2.2.4 实验结果及分析
• 2.3 一种大米色选算法的介绍
• 2.3.1 算法介绍
• 2.3.2 算法说明
• 2.4 本章小结
• 第3章 在Matlab/Simulink中实现Lattice FPGA设计
• 3.1 概述
• 3.2 开发工具相关介绍
• 3.2.1 Matlab/Simulink的应用
• 3.2.2 IspLeverDSP的特点
• 3.2.3 ispLEVER简介
• 3.3 使用IspLeverDSP开发Lattice FPGA
• 3.4 IspLeverDSP的设计流程
• 3.4.1 模型建立
• 3.4.2 设计转换
• 3.4.3 设计验证
• 3.4.4 FPGA映射
• 3.4.5 硬件实现
• 3.5 Lattice Blockset模块库简介
• 3.6 本章小结
• 第4章 大米色选算法的硬件实现
• 4.1 概述
• 4.2 硬件设计方案
• 4.3 背景值计算模块
• 4.3.1 背景灰度值的意义
• 4.3.2 背景值计算模块的电路设计
• 4.3.3 仿真结果及分析
• 4.4 阈值计算模块
• 4.4.1 色选中阈值的意义
• 4.4.2 阈值计算方法及硬件实现
• 4.4.3 仿真结果及分析
• 4.5 异色点判别模块
• 4.5.1 判别模块的硬件设计
• 4.5.2 仿真结果及分析
• 4.6 实验结果及分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 参考文献
• 致谢
• 附录A IL-P3-B驱动时序的VHDL程序
• 附录B 实验电路板